CN112608685A

CN112608685A - 一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液

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Publication number: CN112608685A
Application number: CN202011491737.XA
Authority: CN
Inventors: 张建; 冯继恒; 尹淞; 鲁晨泓
Original assignee: Xinyue Microelectronic Materials Jiaxing Co ltd
Current assignee: Xinyue Microelectronic Materials Jiaxing Co ltd
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2021-04-06

Abstract

本发明公开了一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，包括研磨颗粒、水、一种或多种的氧化剂和降低硅片表面粗糙度的非离子表面活性剂；以重量百分比浓度计，包括研磨颗粒0.1‑30％，氧化剂0.1‑20％，非离子表面活性剂0.001‑5％。本发明可以在碱性条件下显著改变多晶硅的去除速率，较低的硅表面粗糙度，调节多晶硅与二氧化硅的选择比，并明显提高多晶硅的平坦化效率和抛光残留物的去除。

Description

一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液

技术领域

本发明涉及一种化学机械抛光液，具体涉及一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液。

背景技术

在集成电路制造中，互连技术的标准在提高，一层上面又沉积一层，使得在衬底表面形成了不规则的形貌。现有技术中使用的一种平坦化方法就是化学机械抛光(CMP)，CMP工艺就是使用一种含磨料和化学物质的混合物和抛光垫去抛光一硅片表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力o在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性的溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学机械反应开始进行抛光过程。

对于多晶硅的抛光，目前主要应用于两种芯片，一种是DRAM，一种是Flash.后者应用中往往在对多晶硅的抛光中会涉及到对二氧化硅的抛光。

在以往的主要利用以二氧化硅为研磨颗粒的碱性浆料来抛光多晶硅层和二氧化硅层的情况下，多晶硅的除取速率往往比二氧化硅的除去速率高得多，易导致多晶硅的过量去除而产生凹陷，影响随后的工艺。

US2003/0153189A1公开了一种用于多晶硅抛光的化学机械抛光液及方法，该抛光液包括一种聚合物表面活性剂和一种选自氧化铝和氧化铺的研磨颗粒，该聚合物表面活性剂为聚殺酸酯表面活性剂，用该浆料可以使多晶硅表面大块区域的抛光速率大大高于沟槽内的抛光速率，从而减少凹陷。US2003/0216003A1和US2004/0163324A1公开了一种制造Flash的方法。其中包括一种抛光多晶硅的抛光液，该抛光掖中包含至少一种含有-N(OH)，-NH(OH)，-NH2(0H)基团的化合物，使用该浆料的多晶硅与二氧化硅的抛光选择比大于50。US2004/0014321A1公开了一种包含研磨颗粒和氧化剂的酸性抛光液，使用该浆料可提高多晶硅与二氧化硅的抛光选择比。US2004/0123528A1公开了一种包含研磨颗粒和阴离子化合物的酸性抛光液，该阴离子化合物能降低保护层薄膜的去除速率，提高多晶硅与保护层薄膜的去除速率选择比。US2005/0130428A1和CN 1637102A公开了一种用于多晶硅化学机械抛光的浆料，该浆料成分包括一种或多种在多晶硅层上形成钝化层的非离子表面活性剂及一种能形成第二钝化层来能减小氮化硅或氧化硅除去速率的第二表面活性剂。这种非离子表面活性剂至少包括一种选自环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物醇和环氧乙烷-环氧丙烷三嵌段聚合物组成的组中的化合物，该浆料可以将多晶硅除去速率与绝缘体除去速率之间的选择比至少减小大约50％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在碱性条件下较好地抛光多晶硅薄膜的新型的化学机械抛光液，使抛光多晶硅薄膜具有优良的表面粗糙度。

本发明用于抛光多晶硅的化学机械抛光液是通过以下技术方案来实现的：包括研磨颗粒、水、一种或多种的氧化剂和降低硅片表面粗糙度的非离子表面活性剂；

以重量百分比浓度计，包括研磨颗粒0.1-30％，氧化剂0.1-20％，非离子表面活性剂0.001-5％；更佳为包括研磨颗粒0.2-30％，氧化剂0.5-10％，非离子表面活性剂0.05-2％。

作为优选的技术方案，研磨颗粒颗径为30-150nm；更佳为研磨颗粒颗径为30-120nm。

作为优选的技术方案，研磨颗粒选自二氧化硅、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、覆盖铝的二氧化硅、掺杂铝的二氧化硅和高分子研磨颗粒的一种或几种。

作为优选的技术方案，氧化剂为含有至少一个过氧基的化合物和含有一个处于最高氧化态的元素的化合物；氧化剂选自过氧化氢及其衍生物、过氧化月尿、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸钠、高碘酸及其盐、高氯酸及其盐和高硼酸及其盐中的一种或几种。

作为优选的技术方案，非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯、月桂醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物的一种或几种。

作为优选的技术方案，抛光液的pH值为7-12。

本发明的有益效果是：本发明可以在碱性条件下显著改变多晶硅的去除速率，较低的硅表面粗糙度，调节多晶硅与二氧化硅的选择比，并明显提高多晶硅的平坦化效率和抛光残留物的去除。

实施例1

对比抛光液1'二氧化硅(l00nm)15％，水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为3050A/min，二氧化硅的抛光速率为554A/min，两者的选择比为5.5，硅片表面粗糙度Ra是100nm；

抛光液1二氧化硅(120nm)15％、过氧化氢0.5％、水余量、PH值为11.2；

多晶硅抛光速率为2100A/min，二氧化硅的抛光速率为512A/min，两者的选择比为选择比为4.1，硅片表面粗糙度Ra是90nm；

抛光液2二氧化硅(l00nm)15％、过氧化氢2％、AEO-9 0.5％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1749A/min，二氧化硅的抛光速率为544A/min，两者的选择比为选择比为3.22，硅片表面粗糙度Ra是5nm；

抛光液3二氧化硅(100nm)15％、过氧化氢5％、AEO-9 0.5％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为955A/min，二氧化硅的抛光速率为566A/min，两者的选择比为选择比为1.70；

抛光液4二氧化硅(l00nm)15％、过氧化氢15％、AEO-9 1％、水余量、PH值为11.3；多晶硅的抛光速率为711A/min，二氧化硅的抛光速率为581A/min，两者的选择比为选择比为1.23；

抛光液5二氧化硅(l00nm)15％、过氧化氢20％、曲拉通x-100为0.5％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为530A/min，二氧化硅的抛光速率为560A/min，两者的选择比为选择比为0.94；硅片表面粗糙度是5nm；

抛光时的工艺参数为：下压力3psi、抛光盘(直径14英寸)的转速70rpm、抛光头转速80rpm、抛光液流速200ml/min>抛光垫为DOW IC1010 pad Logitech LP50抛光机。

实施例2

对比抛光液2'二氧化硅(100nm)10％、水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为2000A/min，二氧化硅的抛光速率为370A/min，两者的选择比为5.4，硅片表面粗糙度是120nm；

抛光液6二氧化硅(100nm)10％、过氧化氢5％、AEO-9 0.1％水余量、PH值为7；多晶硅的抛光速率为588A/min，二氧化硅的抛光速率为154A/min，两者的选择比为选择比为3.8，硅片表面粗糙度5nm；

抛光液7二氧化硅(100nm)10％、过氧化氢5％、AEO-9 0.8％水余量、PH值为10；多晶硅的抛光速率为739A/min，二氧化硅的抛光速率为286A/min，两者的选择比为选择比为2.58，硅片表面粗糙度2nm；

抛光液8二氧化硅(100nm)10％、过氧化氢5％、SURFYNOL 104 0.05％水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为815A/min，二氧化硅的抛光速率为379A/min，两者的选择比为选择比为2.15，硅片表面粗糙度9nm；

抛光液9二氧化硅(100nm)10％、过氧化氢5％、X-100 0.5％|、水余量、PH值为12；多晶硅的抛光速率为883A/min，二氧化硅的抛光速率为484A/min，两者的选择比为选择比为1.82，硅片表面粗糙度5nm；

实施例3

抛光液10二氧化硅(100nm)2％，过氧化氢5％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为568A/min，二氧化硅的抛光速率为160A/min，两者的选择比为选择比为3.55，硅片表面粗糙度85nm；

实施例4

抛光液11二氧化硅(100nm)30％、过氧化氢5％、SURFYNOL 104 0.2％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1352A/min，二氧化硅的抛光速率为916A/min，两者的选择比为选择比为1.48，硅片表面粗糙度15nm；

实施例5

抛光液12二氧化硅(100nm)10％、过氧乙酸1％、BYK-3550 0.6％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为928A/min，二氧化硅的抛光速率为391A/min，两者的选择比为选择比为2.37，硅片表面粗糙度7nm；

实施例6

抛光液13二氧化硅(100nm)10％、过硫酸铵1％、TO-12 2％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1885A/min，二氧化硅的抛光速率为413A/min，两者的选择比为选择比为4.56，硅片表面粗糙度20nm；

实施例7

抛光液14二氧化钛(150nm)10％、过氧化钾0.1％、AEO-9 0.08％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为1232A/min，二氧化硅的抛光速率为954A/min，两者的选择比为选择比为1.29，硅片表面粗糙度12nm；

实施例8

抛光液15三氧化二铝(30nm)30％、过碳酸钠30％、Synative RPE1720 0.1％、水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为2031A/min，二氧化硅的抛光速率为2305A/min，两者的选择比为选择比为0.88，硅片表面粗糙度2nm；

抛光时的工艺参数为：下压力3psi、抛光盘(直径14英寸)的转速70rpm、抛光头转速80rpm、抛光液流速200ml/min>抛光垫为PPG fastpad CS7>Logitech LP50抛光机。

实施例9

抛光液16掺杂铝的二氧化硅(30nm)30％、过氧甲酸30％、Synative RPE17200.02％、水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为1892A/min，二氧化硅的抛光速率为2152A/min，两者的选择比为选择比为0.86.硅片表面粗糙度8nm；

实施例10

抛光液17覆盖铝的二氧化硅(45nm)10％、高硼酸钠和过氧化服10％、EH6 0.2％水余量、PH值为11.2；

多晶硅的抛光速率为962A/min，二氧化硅的抛光速率为846A/min，两者的选择比为选择比为1.14.硅片表面粗糙度8nm；

实施例11

抛光液18二氧化硅(70nm)10％、高碘酸和高氯酸钾10％、AEO-7 1％水余量、PH值为11.2；硅片表面粗糙度10nm；

多晶硅的抛光速率为888A/min，二氧化硅的抛光速率为482A/min，两者的选择比为选择比为1.85.硅片表面粗糙度5nm；

实施例12

抛光液19二氧化硅(50nm)0.5％、过氧化氢10％、CA-60 0.5％水余量、PH值为11.2；多晶硅的抛光速率为695A/min，二氧化硅的抛光速率为258A/min，两者的选择比为选择比为2.70，硅片表面粗糙度2nm；

抛光时的工艺参数为：下压力3psi、抛光盘(直径14英寸)的转速70rpm、抛光头转速80rpm、抛光液流速200ml/min>抛光垫为DOW IC1010 pad在Logitech LP50抛光机。

本发明的浆料还可以含有pH调节剂，粘度调节剂，杀菌剂等来达到本发明的发明效果。

本发明所使用的原料和试剂均为市售所得国产材料。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其特征在于：包括研磨颗粒、水、一种或多种的氧化剂和降低硅片表面粗糙度的非离子表面活性剂；

以重量百分比浓度计，包括研磨颗粒0.1-30％，氧化剂0.1-20％，非离子表面活性剂0.001-5％。

2.根据权利要求1所述的用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其特征在于：以重量百分比浓度计，包括研磨颗粒0.2-30％，氧化剂0.5-10％，非离子表面活性剂0.05-2％。

3.根据权利要求1所述的用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其特征在于：研磨颗粒颗径为30-150nm。

4.根据权利要求1所述的用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其特征在于：研磨颗粒颗径为30-120nm。

5.根据权利要求1所述的用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其特征在于：研磨颗粒选自二氧化硅、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、覆盖铝的二氧化硅、掺杂铝的二氧化硅和高分子研磨颗粒的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其特征在于：氧化剂为含有至少一个过氧基的化合物和含有一个处于最高氧化态的元素的化合物；氧化剂选自过氧化氢及其衍生物、过氧化月尿、过氧甲酸、过氧乙酸、过硫酸盐、过碳酸钠、高碘酸及其盐、高氯酸及其盐和高硼酸及其盐中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其特征在于：非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯、月桂醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的用于抛光多晶硅的化学机械抛光液，其特征在于：抛光液的pH值为7-12。